光纤接入网在网络建设中的作用及发展趋势

        莫等闲，白了少年头，空悲切。—岳飞

       信息网由核心骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成，其模型如图11.1.1所示。由图可见，接入网处于城域网/骨干网和用户驻地网之间，它是大量用户驻地网进入城域网/骨干网的桥梁。

图11.1.1  信息网模型

       目前，科学技术的发展突飞猛进，大量的电子文件不断产生，随着经济全球化，社会信息化进程的加快，因特网大量普及，数据业务激烈增长，电信业务种类不断扩大，已由单一的电话业务扩展到多种业务。窄带接入网已成为制约网络向宽带化发展的瓶颈。接入网市场容量很大，为了满足用户的需求，新技术不断涌现。接入网是国家信息基础设施的发展重点和关键，网络接入技术已成为研究机构、通信厂商、电信公司和运营部门关注的焦点和投资的热点。

       在接入技术方面，窄带接入逐渐被宽带接入所取代，最终实现光纤到家；铜缆接入已逐渐被光缆接入所取代。由于无源光网络（PON）的固有特性，它的安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更可靠、更稳定，因此接入网正在大量应用PON系统。

       异步传输模式（ATM）技术支持可变速率业务，支持时延要求较小的业务，具有支持多业务多比特率的能力，因此ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它既能够提供窄带业务，又能提供宽带业务。

       随着因特网的快速发展，以太网被大量使用，由于市场的推动，以太网技术也得以飞速发展。20世纪80年代，它仅是一种局域网（LAN）技术，其速率为10Mbit/s。20世纪90年代以后，发展了交换型以太网，并先后推出了快速（100Mbit/s）以太网、吉位（Gbit/s）以太网和100Gbit/s以太网，其传输介质也由双绞线变为多模光纤或单模光纤，它的应用也从LAN发展到宽域网（WAN）。

        2000年12月，以太网设备供应商提出了将PON用于以太网接入的标准研究计划，这种使用PON的以太网称为EPON。EPON与APON相比，上下行传输速率比APON的高，EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，除帧结构和APON不同外，其余所用的技术与G.983建议中的许多内容类似，如下行采用TDM，上行采用TDMA。

       提倡EPON的人相信，随着EPON标准的制定和EPON的使用，在WAN和LAN连接时将减少APON在ATM和IP间转换的需要。

       鉴于APON标准复杂，成本高，在传输以太网和IP数据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。因此，全业务接入网（FSAN）组织已制定了一种融合APON和EPON的优点，克服其缺点的新的PON，那就是GPON（千兆无源光网络）。GPON具有吉比特高速率，92%的带宽利用率和支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。

       早在2001年IEEE制定EPON标准的同时，全业务接入网组织开始发起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准，即GPON。随后，ITU-T也介入了这个新标准的制定工作。

       2016年2月，ITU-TG.987.2规范了10Gbit/s无源光网络（XG-PON）物理媒质相关层（PMD）参数，它满足商用和家用对带宽的要求。G.987系列标准允许使用多个上行和下行线路速率，XG-PON1规定下行方向线路速率为9.95328Gbit/s，上行方向为2.48832Gbit/s。

       GPON与EPON的主要区别在二层协议上，一个采用GPON成帧协议，一个采用以太网协议。两种技术下行均采用广播方式，上行均采用时分多址（TDMA）方式。

       APON、EPON和GPON都是TDM-PON。APON由于自身较低的承载效率以及在ATM层上适配和提供业务复杂等缺点，现在已渐渐淡出人们的视线。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。GPON虽然能克服上述缺点，但上下行分别均工作在单一波长（上行，1310nm；下行，1490nm），各用户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个用户分配时隙的机制，既限制了每个用户的可用带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带网络应用业务的需求。在这种背景下，人们就提出了WDM-PON的技术构想。WDM-PON能克服上面所述的各种PON缺点。近年来，由于WDM器件价格的不断下降，WDM-PON技术本身的不断完善，WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可能。相信，随着时间的推移，把WDM技术引入接入网将是下一代接入网发展的必然趋势。

       由于历史的原因，我国存在着各自独立经营的电信网、互联网和广播电视网。为了使有限而宝贵的网络资源最大限度地实现共享，避免大量低水平的重复建设，打破行业垄断和部门分割，三网融合是信息网发展的必然趋势。

        所谓三网融合就是将归属于工业和信息化部的电信网（固定电话网）、互联网（中国电信和中国移动无线互联网）和归属于广电总局的广播电视网在技术上趋向一致，网络层互联互通，业务层互相渗透交叉，应用层使用统一的协议，经营上互相竞争合作，政策层面趋向统一。三大网络通过技术改造均能提供语音、数据和图像等综合多媒体的通信服务。
        如图11.1.2所示，要想实现三网融合，首先，各网必须在技术、业务、市场、行业、终端和制造商等方面进行融合，转变成电信综合网、电话数据综合网和电视数据综合网。这三种网可能在相当长一段时间内长期共存、互相竞争，最后三网才能融合成一个统一的网。

图11.1.2   三网融合示意图

       三网融合的技术基础是：

       1）数字技术 电话、数据和图像业务都可以变成二进制“1”和“0”码的信号在网络中传输，无任何区别。

       2）光通信技术为各种业务信息传送提供宽敞廉价高质量的信息通道。

       3）软件技术通过软件变更可支持三大网络各种用户的多种业务。三网融合对信息产业结构的影响将导致不同行业、公司的并购重组或业务扩展；导致各自产品结构的变化；导致市场交叉、丢失和获取。